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冷媒なしで快適さを保つ：次世代ペルティエ冷却

2025年7月21日原文(news.samsung.com)

概要

  • Samsung Electronics と Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) が次世代Peltier冷却技術を共同開発
  • 高効率薄膜半導体Peltierデバイス を用いた冷媒フリー冷却を実現
  • Bespoke AI Hybrid Refrigerator など家電への応用が進展
  • 省エネ・環境負荷低減 に貢献する新技術として注目
  • 完全冷媒フリー冷蔵庫の実現に向けた今後の展望

サムスンとJohns Hopkins APLによる次世代Peltier冷却技術の開発

  • 2024年6月28日、Samsung ElectronicsとJohns Hopkins APLが Nature Communications 誌で次世代Peltier冷却技術の論文を発表
  • ナノエンジニアリング技術 を活用した高効率薄膜半導体Peltierデバイスの開発
  • 冷媒を使わない冷却 の実証に成功、従来冷媒方式に代わる新たな選択肢
  • Bespoke AI Hybrid Refrigerator でのPeltierデバイスと高効率コンプレッサーのハイブリッド冷却システム
  • 状況に応じて冷却方式を自動切替する インテリジェント制御 を実現

Peltier冷却技術の原理と従来方式との比較

  • 従来の冷蔵庫は 蒸気圧縮方式 を採用、冷媒ガスの圧縮・蒸発による熱移動
  • 冷媒使用による 環境負荷 や 省エネ化の限界 が課題
  • Peltier冷却技術 は半導体デバイスに電流を流すことで熱を移動
  • Peltier効果 ：一方の面で吸熱、もう一方の面で放熱
  • 電気制御による精密な温度管理 と、シンプルな構造による設計自由度の高さ

グローバル連携による技術進化と課題克服

  • 2023年初頭 よりSamsung内でDA事業部・Samsung Research・Global Technology Researchが連携
  • DA事業部： Peltier技術搭載製品の開発、Bespoke AI Hybrid Refrigeratorの発売
  • Samsung Research・Global Technology Research： 高性能Peltierデバイスの研究開発
  • 2023年末 からJohns Hopkins APLと共同研究開始、2024年4月より本格稼働
  • ナノ薄膜Peltierデバイス の出力向上（ミリワット級→数十ワット級）を実現
  • 冷蔵庫適用時の 熱伝導抵抗増大や性能不安定化 など新たな課題発生
    • パッケージング技術 や 熱インターフェース材料（TIM） の開発で解決
  • 新開発の薄膜Peltierデバイスは 従来比約75％高い冷却効率 を達成

家庭用家電への応用と今後の展開

  • 開発された 次世代Peltier冷却技術 を家庭用冷蔵庫に応用
  • Bespoke AI Hybrid Refrigeratorでは 通常時はコンプレッサー、高負荷時は Peltierデバイス併用 で冷却性能・省エネ性向上
  • 霜取り時もPeltierデバイスが 庫内温度変動を最小化
  • 庫内レイアウト最適化 により冷却効率を最大化
  • 韓国のエネルギー効率等級制度で 最高等級比30%の省電力 を実現
  • インドなど高温多湿地域向けモデル の共同開発も加速中
  • 将来的には 冷媒を一切使わない完全Peltier冷蔵庫 の実現を目指す

環境への配慮と今後の技術的展望

  • 冷媒は オゾン層破壊や地球温暖化 の原因となるため、米欧で規制強化
  • Peltier冷却技術 は省エネ・環境対応の観点から注目度上昇
  • AI・半導体プロセス・3Dプリンティング など先端技術との融合による更なる性能向上を目指す
  • DA事業部とSamsung Researchが 製品開発と商用化を推進
  • Samsung Electronicsは 冷却技術のパラダイム転換 を牽引する姿勢

このように、 Samsung Electronics と Johns Hopkins APL が開発した次世代Peltier冷却技術は、 省エネ・環境負荷低減・設計自由度向上 といった多くのメリットを持ち、家庭用冷蔵庫をはじめとする家電分野での応用が期待されています。今後の完全冷媒フリー冷蔵庫の実現や、さらなる技術革新に注目が集まります。

Hackerたちの意見

ペルティエ素子の非効率な問題は解決されたの？

└

記事によると、彼らはペルティエ素子を既存のものより75%効率的にしたらしいよ。

└

彼らは75%良くなったって言ってるけど、一般的なコンプレッサーよりも良いとは思えないな。高出力のコンプレッサーが高負荷部分を担当して、ちょっとした冷却が必要な時にコンプレッサーがすごく非効率になるから、ペルティエの方がいいって狙ってるみたい。普通の冷蔵庫は温度の変動を広めに許容するから、ほとんどのニーズには十分なんだよね。

└

従来のペルティエ素子は、蒸気圧縮システム（COPが2-4）に対して約10%の効率（COPが0.5-0.7）で動作するけど、ビスマステルル化物合金やセグメント化された要素などの熱電材料の最近の進歩で、実験室の効率は約15-20%に達しているんだ。

└

2024年にサムスンが発表したBespoke AIハイブリッド冷蔵庫では、コンプレッサーは通常の保管や取り出しの条件下で動作し、ペルティエ装置は大量の食材を収納したり、熱い食べ物を入れたりする高負荷時にコンプレッサーと一緒に作動することで、冷却性能とエネルギー効率を向上させる。私は大きなコンプレッサーの冷蔵庫を選ぶかな。

AIはこれに全く関係ないよね。なんでどこにでもこのフレーズを使いたがるの？AIインバーター/コンプレッサー？もうちょっと恥を知ってほしいわ。

└

技術に詳しくない人にはすごく効果的なんだよね。

└

これがビジネスの現実なんだよ。私が働いてる分野では、同じことをやってるのに、うちよりも多くの投資を受けてる会社をたくさん見てきた。「量子」っていうだけでね。

└

実はAIは材料設計にかなり関わってるんだ。ちゃんとした説明はできないから、ちょっと情報をぶちまけるね：

  • 固体物理学の強い理論がまだないんだ。量子のことは、1個の原子からモル単位の原子にスケールアップするのが難しくて、10^23がエネルギーレベルの数に影響するから、レベルの相互作用もモデル化しなきゃいけない。
  • 材料の物理的特性は、結晶構造やその構造の不均一さ、結晶のサイズのスペクトル、温度、圧力、さらには星の位置にも依存してる。たとえ「間違った」固体物理学の方程式でも、かなり非線形なんだ。
  • 最先端の効果は、こうした材料の組み合わせで達成されることが多い。
  • 材料を組み合わせるプロセスの正確なパラメータが、システムの挙動を根本的に変えるんだ。違う種類の蒸着や異なる圧力でナノ層を置くと、うまく機能しなくなることもあるよ。なんでN55グレードのネオジム磁石を全部生産しないのか、考えたことある？プロセスの正確な説明だけじゃ足りないからなんだ。
  • AIは正確な物理にはこだわらないけど、大きなパラメータ空間をうまくナビゲートするのが得意なこともある。
  • Googleは最近、数千の新しい材料構造を予測するAIを作ったんだ。人類の歴史を通じて見つかった材料よりも多くの材料を見つけたんだよ。固体物理学のことをAIがすぐに説明するとは思わないけど、結晶構造やドーピング、プロセスパラメータを自動で探ることで、新しい材料を数百年早く得られるかもしれないね。
└

もしかして、ChatGPTに繋がってるのかな？「あなたは冷蔵庫です。この温度計の写真を見て、コンプレッサーをオンにするべきか（はい/いいえ）判断してください」みたいな。

私が欲しいのは静かな冷蔵庫なんだけど、これで実現するのかな？祈ってる。

└

吸収冷蔵庫は約100年前から存在していて、静かで、ペルティエよりちょっと効率がいいよ。

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